專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法，尤其是涉及一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)的電纜發(fā)生故障其中一個(gè)重要原因是缺乏對(duì)電纜系統(tǒng)有效的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。隨著電網(wǎng)改造和建設(shè)工作開(kāi)展，城市地下電纜化率不斷提高，電力電纜的使用量大幅度增加，使得電力電纜的監(jiān)測(cè)、管理、維護(hù)工作變得越來(lái)越重要，同時(shí)隨著電力電纜負(fù)荷量的增加，對(duì)監(jiān)測(cè)的依賴(lài)程度也增加。電力電纜載流量直 接反應(yīng)為電纜導(dǎo)體的運(yùn)行溫度，運(yùn)行中的導(dǎo)體溫度是電纜的一個(gè)重要參數(shù)。一般情況下電纜在額定負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，這時(shí)的線(xiàn)芯導(dǎo)體溫度在允許溫度值以下工作。但是一旦電纜出現(xiàn)超過(guò)負(fù)荷情況，線(xiàn)芯導(dǎo)體溫度將超過(guò)額定溫度值，絕緣層會(huì)加速老化。電纜在超過(guò)額定溫度值情況下工作，其壽命將大幅度縮短，最終可能導(dǎo)致故障或?yàn)?zāi)害。因此，有必要對(duì)電纜的運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，要求電力運(yùn)行部門(mén)結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)電纜的實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行合理調(diào)度和控制。另外，在緊急狀況下的電力供應(yīng)出現(xiàn)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)營(yíng)時(shí)，為了保障電力電纜運(yùn)行安全以及電力系統(tǒng)調(diào)度需要，必須對(duì)電力電纜的載流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前，現(xiàn)有技術(shù)采用單一的電纜測(cè)溫方法在線(xiàn)監(jiān)測(cè)載流量，采用的光纖激光技術(shù)、光纖溫度傳感技術(shù)(線(xiàn)性光纖溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器)技術(shù)，對(duì)運(yùn)行中的電纜溫度進(jìn)行監(jiān)視，通過(guò)光纜表皮的溫度與載流量之間的關(guān)系，間接測(cè)量載流量?，F(xiàn)有技術(shù)電纜表皮測(cè)溫方法由于電纜表皮溫度和電纜內(nèi)部實(shí)際溫度誤差很大，單獨(dú)從溫度分析載流量造成測(cè)量誤差很大，并且溫度數(shù)據(jù)過(guò)于單一，不能完整測(cè)量電流、電壓、電阻、熱阻、介質(zhì)、導(dǎo)體、變電、輸電、配電等因素的復(fù)雜工況。解決這一問(wèn)題必須要對(duì)多種參量進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，使全局關(guān)聯(lián)耦合?，F(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有綜合采集電壓、電流數(shù)據(jù)分析電纜的發(fā)熱量，因此，存在大量不確定的設(shè)備健康狀態(tài)；同時(shí)，也存在大量無(wú)法監(jiān)測(cè)的相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)不能精確的導(dǎo)出電纜線(xiàn)芯導(dǎo)體溫度與表皮溫度的梯度關(guān)系，不能測(cè)量浪涌積效應(yīng)，不能進(jìn)行趨勢(shì)分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種測(cè)量精度高、測(cè)量數(shù)據(jù)多的電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法，該方法包括以下步驟I)傳感器獲取電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備溫度數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、不均勻電阻數(shù)據(jù)、集膚效應(yīng)數(shù)據(jù)、介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)和不均勻熱阻分布數(shù)據(jù)，并發(fā)送至處理器；2)處理器根據(jù)所述的設(shè)備溫度數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、不均勻電阻數(shù)據(jù)、集膚效應(yīng)數(shù)據(jù)、介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)和不均勻熱阻分布數(shù)據(jù)結(jié)合電纜工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立熱平衡有限元模型；3)由處理器的比較模塊將熱平衡有限元模型的數(shù)據(jù)與電纜溫度場(chǎng)模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若數(shù)據(jù)差大于閾值，則執(zhí)行步驟4);若數(shù)據(jù)差小于閾值，則執(zhí)行步驟5)；4)通過(guò)處理器的模型修正模塊對(duì)熱平衡有限元模型進(jìn)行修正后，重新執(zhí)行步驟3)；5)比較模塊輸出熱平衡有限元模型的數(shù)據(jù)，并發(fā)送至模式識(shí)別模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)模式識(shí)別，同時(shí)進(jìn)行載流量分析、趨勢(shì)分析、浪涌積效應(yīng)分析、預(yù)警和報(bào)警識(shí)別以及輸配電方案優(yōu)化。 所述的電纜工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸、電纜材料參數(shù)和材料相關(guān)系數(shù)。所述的電纜溫度場(chǎng)模型根據(jù)傳感器獲得的電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立。電纜溫度場(chǎng)模型由電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)有限差分的方式擬合得到，具體的擬合過(guò)程為首先將電纜溫度場(chǎng)進(jìn)行空間上的網(wǎng)格化，然后將在空間上呈點(diǎn)或線(xiàn)分布的電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有限差分，獲得每個(gè)網(wǎng)格化空間的溫度數(shù)據(jù)，建立電纜溫度場(chǎng)模型。步驟3)中熱平衡有限元模型與電纜溫度場(chǎng)模型比較的數(shù)據(jù)包括溫度分布數(shù)據(jù)和溫度變化數(shù)據(jù)。步驟4)中修正模型的修正包括測(cè)量誤差修正、計(jì)算誤差修正、擬合誤差修正和エ程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)整。所述熱平衡有限元模型包括靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，所述的靜態(tài)數(shù)據(jù)包括溫度分布數(shù)據(jù)、電流分布數(shù)據(jù)、電壓分布數(shù)據(jù)、電阻分布數(shù)據(jù)、熱阻分布數(shù)據(jù)、電場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、磁場(chǎng)分布數(shù)據(jù)，所述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包括溫度變化數(shù)據(jù)、電流變化數(shù)據(jù)、電壓變化數(shù)據(jù)、電阻變化數(shù)據(jù)、絕緣系數(shù)變化數(shù)據(jù)、漏電變化數(shù)據(jù)、熱阻變化數(shù)據(jù)、電場(chǎng)變化數(shù)據(jù)、磁場(chǎng)變化數(shù)據(jù)。步驟5)中載流量分析、趨勢(shì)分析和浪涌積效應(yīng)分析根據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行，預(yù)警和報(bào)警識(shí)別根據(jù)靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)一，本發(fā)明專(zhuān)利一方面從發(fā)熱機(jī)理的角度，根據(jù)電纜的熱平衡有限元模型，從發(fā)熱量的角度計(jì)算線(xiàn)芯導(dǎo)體的溫度，井根據(jù)散熱量和發(fā)熱量平衡關(guān)系計(jì)算出溫度；另一方面通過(guò)電纜實(shí)測(cè)溫度傳感數(shù)據(jù)對(duì)溫度梯度進(jìn)行修正，從而準(zhǔn)確的得到溫度分布情況。ニ，本發(fā)明專(zhuān)利根據(jù)設(shè)備溫度數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、不均勻電阻數(shù)據(jù)、集膚效應(yīng)數(shù)據(jù)、介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)、不均勻熱阻分布數(shù)據(jù)而結(jié)合電纜工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立電纜熱平衡有限元模型，該模型通過(guò)電纜溫度傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，避免從電纜表皮溫度単一方向推導(dǎo)電纜線(xiàn)芯導(dǎo)體溫度，提高了載流量監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。三，本發(fā)明專(zhuān)利對(duì)電流、電壓進(jìn)行直接測(cè)量，能捕捉電網(wǎng)普遍存在的浪涌信息，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析。四，本發(fā)明專(zhuān)利建立了電纜熱平衡有限元模型，對(duì)多種參量進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，使全局關(guān)聯(lián)耦合。


圖I為本發(fā)明的進(jìn)行監(jiān)測(cè)的流程圖；圖2為電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行電纜溫度場(chǎng)模型擬合的截面圖；圖3為圖2的電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例
如圖I所示，一種電カ電纜載流量監(jiān)測(cè)方法，該方法包括以下步驟步驟I :傳感器獲取電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備溫度數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、不均勻電阻數(shù)據(jù)、集膚效應(yīng)數(shù)據(jù)、介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)和不均勻熱阻分布數(shù)據(jù)，并發(fā)送至處理器；步驟2 :處理器根據(jù)所述的設(shè)備溫度數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、不均勻電阻數(shù)據(jù)、集膚效應(yīng)數(shù)據(jù)、介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)和不均勻熱阻分布數(shù)據(jù)結(jié)合電纜工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立熱平衡有限元模型。其中，電纜工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸、電纜材料參數(shù)和材料相關(guān)系數(shù)，而熱平衡有限元模型的數(shù)據(jù)包含了括溫度分布數(shù)據(jù)、電流分布數(shù)據(jù)、電壓分布數(shù)據(jù)、電阻分布數(shù)據(jù)、熱阻分布數(shù)據(jù)、電場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、磁場(chǎng)分布數(shù)據(jù)等靜態(tài)數(shù)據(jù)和溫度變化數(shù)據(jù)、電流變化數(shù)據(jù)、電壓變化數(shù)據(jù)、電阻變化數(shù)據(jù)、絕緣系數(shù)變化數(shù)據(jù)、漏電變化數(shù)據(jù)、熱阻變化數(shù)據(jù)、電場(chǎng)變化數(shù)據(jù)、磁場(chǎng)變化數(shù)據(jù)等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。步驟3 :處理器根據(jù)電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用有限差分的方式擬合得到電纜溫度場(chǎng)模型，電纜的截面如圖2，由內(nèi)向外依次為導(dǎo)體、屏蔽/絕緣層、表皮，其對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)如圖3所示。然后由處理器的比較模塊將熱平衡有限元模型的數(shù)據(jù)與電纜溫度場(chǎng)模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比的數(shù)據(jù)為溫度分布數(shù)據(jù)和溫度變化數(shù)據(jù)。若數(shù)據(jù)差大于閾值，則執(zhí)行步驟4 ；若數(shù)據(jù)差小于閾值，則執(zhí)行步驟5 ;其中，有限差分法為把溫度空間連續(xù)的區(qū)域用有限個(gè)離散點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)格來(lái)代替，這些離散點(diǎn)稱(chēng)作網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)；把連續(xù)定解區(qū)域上的連續(xù)變量的函數(shù)用在網(wǎng)格上定義的離散變量函數(shù)來(lái)近似；把原方程和定解條件中的微商用差商來(lái)近似，積分用積分和來(lái)近似，于是原微分方程和定解條件就近似地代之以代數(shù)方程組，即有限差分方程組，解此方程組就可以得到原問(wèn)題在離散點(diǎn)上的近似解。然后再利用插值方法便可以從離散解得到定解問(wèn)題在整個(gè)區(qū)域上的近似解。則具體的擬合過(guò)程為首先將電纜溫度場(chǎng)進(jìn)行空間上的網(wǎng)格化，然后將在空間上呈點(diǎn)或線(xiàn)分布的電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有限差分，獲得每個(gè)網(wǎng)格化空間的溫度數(shù)據(jù)，建立電纜溫度場(chǎng)模型。步驟4 :通過(guò)處理器的模型修正模塊對(duì)熱平衡有限元模型進(jìn)行包括測(cè)量誤差修正、計(jì)算誤差修正、擬合誤差修正和工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)整在內(nèi)的多種修正后，重新執(zhí)行步驟3 ；步驟5 :比較模塊輸出熱平衡有限元模型的數(shù)據(jù)，并發(fā)送至模式識(shí)別模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)模式識(shí)別，同時(shí)進(jìn)行載流量分析、趨勢(shì)分析、浪涌積效應(yīng)分析、預(yù)警和報(bào)警識(shí)別以及輸配電方案優(yōu)化，其中載流量分析、趨勢(shì)分析和浪涌積效應(yīng)分析根據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行，預(yù)警和報(bào)警識(shí)別根據(jù)靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 1)傳感器獲取電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備溫度數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、不均勻電阻數(shù)據(jù)、集膚效應(yīng)數(shù)據(jù)、介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)和不均勻熱阻分布數(shù)據(jù)，并發(fā)送至處理器； 2)處理器根據(jù)所述的設(shè)備溫度數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、不均勻電阻數(shù)據(jù)、集膚效應(yīng)數(shù)據(jù)、介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)和不均勻熱阻分布數(shù)據(jù)結(jié)合電纜工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立熱平衡有限元模型； 3)由處理器的比較模塊將熱平衡有限元模型的數(shù)據(jù)與電纜溫度場(chǎng)模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)t匕，若數(shù)據(jù)差大于閾值，則執(zhí)行步驟4);若數(shù)據(jù)差小于閾值，則執(zhí)行步驟5)； 4)通過(guò)處理器的模型修正模塊對(duì)熱平衡有限元模型進(jìn)行修正后，重新執(zhí)行步驟3)； 5)比較模塊輸出熱平衡有限元模型的數(shù)據(jù)，并發(fā)送至模式識(shí)別模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)模式識(shí)另IJ，同時(shí)進(jìn)行載流量分析、趨勢(shì)分析、浪涌積效應(yīng)分析、預(yù)警和報(bào)警識(shí)別以及輸配電方案優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的電纜工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸、電纜材料參數(shù)和材料相關(guān)系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的電纜溫度場(chǎng)模型根據(jù)傳感器獲得的電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，電纜溫度場(chǎng)模型由電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)有限差分的方式擬合得到，具體的擬合過(guò)程為首先將電纜溫度場(chǎng)進(jìn)行空間上的網(wǎng)格化，然后將在空間上呈點(diǎn)或線(xiàn)分布的電纜溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有限差分，獲得每個(gè)網(wǎng)格化空間的溫度數(shù)據(jù)，建立電纜溫度場(chǎng)模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟3)中熱平衡有限元模型與電纜溫度場(chǎng)模型比較的數(shù)據(jù)包括溫度分布數(shù)據(jù)和溫度變化數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟4)中修正模型的修正包括測(cè)量誤差修正、計(jì)算誤差修正、擬合誤差修正和工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述熱平衡有限元模型包括靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，所述的靜態(tài)數(shù)據(jù)包括溫度分布數(shù)據(jù)、電流分布數(shù)據(jù)、電壓分布數(shù)據(jù)、電阻分布數(shù)據(jù)、熱阻分布數(shù)據(jù)、電場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、磁場(chǎng)分布數(shù)據(jù)，所述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包括溫度變化數(shù)據(jù)、電流變化數(shù)據(jù)、電壓變化數(shù)據(jù)、電阻變化數(shù)據(jù)、絕緣系數(shù)變化數(shù)據(jù)、漏電變化數(shù)據(jù)、熱阻變化數(shù)據(jù)、電場(chǎng)變化數(shù)據(jù)、磁場(chǎng)變化數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟5)中載流量分析、趨勢(shì)分析和浪涌積效應(yīng)分析根據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行，預(yù)警和報(bào)警識(shí)別根據(jù)靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力電纜載流量監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟1)傳感器將獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器；2)處理器根據(jù)這些數(shù)據(jù)結(jié)合電纜工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立熱平衡有限元模型；3)由處理器的比較模塊將熱平衡有限元模型的數(shù)據(jù)與電纜溫度場(chǎng)模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若數(shù)據(jù)差大于閾值，則執(zhí)行步驟4)；若數(shù)據(jù)差小于閾值，則執(zhí)行步驟5)；4)通過(guò)處理器的模型修正模塊對(duì)熱平衡有限元模型進(jìn)行修正后，重新執(zhí)行步驟3)；5)比較模塊輸出熱平衡有限元模型的數(shù)據(jù)，并發(fā)送至模式識(shí)別模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)模式識(shí)別，同時(shí)進(jìn)行載流量分析、趨勢(shì)分析、浪涌積效應(yīng)分析、預(yù)警和報(bào)警識(shí)別以及輸配電方案優(yōu)化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有測(cè)量精度高、測(cè)量數(shù)據(jù)多等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/00GK102768321SQ20121028086
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者吳向平, 曹春耕, 黃展峰 申請(qǐng)人:上海森首光電科技有限公司